SCHWINGUNGS- UND PULSATIONSGEDÄMPFTER ELEKTROPNEUMATISCHER WANDLER

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektropneumatischen Wandler, der beispielsweise zur pneumatischen Steuerung in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, indem aus dem Ansaugdruck einer Brennkraftmaschine und dem atmosphärischen Druck ein Mischdruck gebildet wird, der einem Verbraucher, beispielsweise einem Abgasrückführungsventil, zugeführt wird.

[0002] Ein derartiger Wandler ist beispielsweise in DE 41 10 003 C1 beschrieben. Dieser weist drei Anschlüsse auf, wobei der erste Anschluss mit einem Unterdruck und der zweite Anschluss mit Atmosphärendruck und der dritte Anschluss mit einem Mischdruck des ersten und des zweiten Anschlusses beaufschlagt ist, der einem Verbraucher, beispielsweise einem Abgasrückführungsventil zugeführt wird. Ferner weist dieser Wandler eine Ventileinrichtung sowie einen fest mit dieser verbundenen Tauchanker auf, der durch einen Elektromagneten verschiebbar ist, so dass die Stellung der Ventileinrichtung verändert werden und der dem Verbraucher zugeführte Mischdruck geregelt werden kann. Die Ventileinrichtung sowie der mit ihr verbundene Anker sind in axialer Richtung beweglich an einer Membran aufgehängt.

[0003] Nachteilig an einem solchen Druckwandler ist, dass der Anker und die Ventileinrichtung in axialer Richtung frei schwingen können, wobei unerwünschte Schwingungen insbesondere durch Motorvibrationen oder durch Druckpulsationen seitens der angeschlossenen Komponenten hervorgerufen werden können. Besonders häufig tritt dieser unerwünschte Effekt in Verbindung mit Unterdruckpulsationen auf.

[0004] Weiterhin können Pulsationen in einem Zustand auftreten, in dem der Elektromagnet nicht von einem Strom durchflossen ist und damit keine Kraft auf den Tauchanker und die Ventileinrichtung übertragen kann. Unerwünschte Schwingungen des Tauchankers und der Ventileinrichtung führen zu Störungen beim Betrieb der Brennkraftmaschine.

[0005] Andere Wandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind auch aus DE 42 05 565 A, DE 197 55 956 A und US 4 988 074 A bekannt.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektropneumatischen Druckwandler zu schaffen, der einen verbesserten, störungsfreieren Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.

[0007] Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

[0008] Zur Dämpfung der axialen Bewegung des Ankers und der mit ihm verbundenen Ventileinrichtung ist ein Dämpfungselement vorgesehen. Dadurch werden unerwünschte Schwingungen des Ankers und der mit ihm verbundenen Ventileinrichtung in axialer Richtung wirksam vermieden, so dass ein störungsfreierer Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist.

[0009] Insbesondere wird durch die Erfindung eine Verringerung von Pulsationen im stromlosen Zustand sowie im Betriebsbereich des elektropneumatischen Wandlers ermöglicht. Weiterhin führt die Erfindung zu einem besseren Groß- und Kleinsignalverhalten des elektropneumatischen Wandlers beim Belüftungsvorgang.

[0010] Das Dämpfungselement kann insbesondere zwischen der Ventileinrichtung und einem Gehäuse angeordnet sein. Auch kann das Dämpfungselement zwischen dem Anker und einem unter dem Anker befindlichen Eisenkern angeordnet sein.

[0011] Weiterhin kann das Dämpfungselement beispielsweise als Membran ausgebildet sein.

[0012] Unabhängig vom verwendeten Material kann das Dämpfungselement, wie oben beschrieben, an verschiedenen Stellen des elektropneumatischen Wandlers angebracht sein, so dass eine Dämpfung der axialen Bewegung des Ankers und der mit ihm verbundenen Ventileinrichtung ermöglicht wird.

[0013] Besonders bevorzugt ist es, das Dämpfungselement in die Aufhängevorrichtung zu integrieren, durch die der Ventilkörper und der mit ihm verbundene Anker in axialer Richtung beweglich aufgehängt sind. Beispielsweise kann das Dämpfungselement durch in der Aufhängevorrichtung integrierte Dämpfungsbeinchen realisiert werden, wodurch die Montage eines zusätzlichen Dämpfungselements entfällt. Weiterhin kann das Dämpfungselement in andere vorhandene Bauteile des elektropneumatischen Wandlers integriert werden, d.h. diese Bauteile können neben ihrer eigentlichen Funktion auch eine Dämpfungsfunktion bzgl. der axialen Bewegung des Ankers und der mit ihm verbundenen Ventileinrichtung erfüllen. Der Einsatz eines zusätzlichen Dämpfungselementes ist in einer solchen Anordnung nicht notwendig. Der Begriff integriert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das weitere Bauteil und das Dämpfungselement einstückig ausgebildet sind, wobei das Dämpfungselement und das weitere Bauteil zwei Komponenten sind, die fest miteinander verbunden sind, oder es sich bei dem Dämpfungselement und dem weiteren Bauteil um eine einzige Komponente handelt, die monolithisch ausgebildet ist.

[0014] Besonders bevorzugt ist eine Anordnung des Dämpfungselements an der mit dem Atmosphärendruck beaufschlagten Belüftungsseite des elektropneumatischen Wandlers. Dadurch kann der Schließvorgang der Ventileinrichtung kurz verzögert werden, wodurch das Verhalten des elektropneumatischen Wandlers insbesondere im Kleinsignalbereich verbessert wird. Dabei verschließt die Ventilplatte des Faltenbalgs das Unterdruckrohr, das insbesondere als Messingrohr ausgebildet sein kann, und die Belüftung findet am Faltenbalg vorbei statt. Die durch das Dämpfungselement eingeleitete Kraft auf den Anker bewirkt, dass der im Anker integrierte zweite Ventilsitz verzögert geschlossen wird. Durch die Dichtfläche des Faltenbalgs wird der Unterdruckanschluss (Unterdruckquelle/ Pumpe) möglichst lange geschlossen gehalten, um eine Belüftung zu ermöglichen. Eine derartige Anordnung bewirkt insbesondere ein verbessertes Groß- und Kleinsignalverhalten beim Belüftungsvorgang. Der Anschluss zur Atmosphäre soll dabei möglichst lange geöffnet bleiben. Dadurch kann beispielsweise ein Unterdruck schneller abgebaut werden. Wenn der Wirkdruck und die Kraft, die durch den Elektromagneten auf den Anker übertragen wird, annähernd im Gleichgewicht sind, schließt die Ventilebene des Faltenbalgs beide Ventilsitze. Die weitere Belüftung erfolgt nun über den Ventilsitzbypass, bis das endgültige Kräftegleichgewicht erreicht ist.

[0015] In einer weiteren Ausführungsform kann das Dämpfungselement als Dämpfungsmembrane in Form eines Elastomerringes ausgebildet sein, in der bzw. in dem der Anker gelagert ist.

[0016] Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.

[0017] Es zeigen:

Fign. 1-5

Schnittansichten verschiedener Ausführungsformen des elektropneumatischen Wandlers und

Fign. 1a-5a

Detailansichten der Dämpfungselemente der in den Fign. 1-5 dargestellten elektropneumatischen Wandler.

[0018] Gemäß Fig. 1 weist ein elektropneumatischer Wandler einen Unterdruckanschluss 10 einen Atmosphärendruckanschluss 12 und einen Mischdruckanschluss 14 auf, der mit einem Mischdruck des Unterdruckanschlusses 10 und des Atmosphärendruckanschlusses 12 beaufschlagt ist. Der Mischdruck wird über den Mischdruckanschluss 14 einem Verbraucher, insbesondere einem Abgasrückführungsventil, zugeführt.

[0019] Die Ventileinrichtung 18,28 weist einen Ventilköper 18 mit einer Ventilplatte 28 auf. Der Ventilkörper ist über eine Membrane 20 mit einem Gehäuse 32 derart verbunden, dass er in axialer Richtung 30 beweglich ist. Die Membrane 20 ist ringförmig um den Ventilkörper 18 herumgeführt und in einer ringförmigen Ausnehmung des Gehäuses 32 bzw. eines Gehäusedeckels klemmend befestigt. Zwischen dem Ventilkörper 18 und dem Gehäuse 32 bzw. Gehäusedeckel weist die Membrane 20 einen im Wesentlichen bogenförmigen Verlauf auf. Die Membrane 20 ist am Ventilkörper 18 ebenfalls in einer Ausnehmung befestigt, die ringförmig um den Ventilkörper 18 herumführt.

[0020] Mit dem Ventilkörper 18 ist ein Anker 16 fest verbunden und ebenfalls in axialer Richtung beweglich. Der Anker 16 weist ein magnetisches Material auf und kann dadurch bewegt werden, dass ein Elektromagnet 17 mit einem elektrischen Strom beaufschlagt wird.

[0021] Die elektrische Spule des Elektromagneten 17 ist zur Bündelung der magnetischen Feldlinien von einer Eisenummantelung 38 umgeben. Weiterhin ist zwischen dem Anker 16 und der Eisenummantelung 38 ein Luftspalt 40 ausgebildet, in dem ein verstellbarer Eisenkern 34 derart angeordnet ist, dass die Länge des Luftspalts 40 veränderbar ist. Zusätzlich ist ein zweiter Eisenkern 36 vorgesehen, der in eine Ausnehmung 37 des Ankers 16 hineinragt. Zwischen dem ersten Eisenkern 34 und dem Anker 16 ist ein Hohlraum 24 ausgebildet.

[0022] Der Mischdruck, der über den Mischdruckanschluss 14 einem Verbraucher zugeführt wird, stellt sich in einer Ventilkammer 11 ein, die durch die Membrane 20 begrenzt wird. Der Mischdruck ergibt sich dabei aus dem Druck, der dem elektropneumatischen Ventil über den Unterdruckanschluss zugeführt wird, sowie dem Luftdruck, der dem elektropneumatischen Ventil über den Atmosphärendruckanschluss 12 zugeführt wird.

[0023] Durch Veränderung des Stroms, der dem Elektromagneten 17 zugeführt wird, ist eine genaue Regelung des Mischdrucks, der dem Verbraucher zugeführt wird, möglich. Eine genaue Einstellung des Luftspaltes 40 ist durch Verstellung der Eisenkerne 34,36 möglich, so dass eventuelle Auswirkungen mechanischer und/oder elektromagnetischer Toleranzen ausgeschaltet werden können.

[0024] Gemäß den Fign. 1 und 1a ist die Ventilplatte 28 einteilig mit dem Elastomerbalg 19 ausgebildet und dadurch mit dem Anker 16 federnd verbunden. Durch die Ventilplatte 28 kann der Unterdruckanschluss geöffnet und geschlossen werden.

[0025] Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen elektropneumatischen Wandlers ist das Dämpfungselement 26, das gemäß Fig. 1 als ein Faltenbalg aus Elastomer ausgebildet ist, und zwischen einem Ventilsitzkragen 56 und der Spulenrippe 27 angeordnet ist. Durch diesen Faltenbalg werden unerwünschte Schwingungen des Ankers und der mit ihm verbundenen Ventileinrichtung in axialer Richtung wirksam vermieden, so dass ein störungsloser Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist.

[0026] Gleiche oder ähnliche Komponenten werden in den folgenden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen beschrieben.

[0027] Das Dämpfungselement 26 ist gemäß den Fign. 2 und 2a als Teil der Membrane 20 ausgebildet, und kann mit dieser Membrane 20 in einem Spritzvorgang einteilig hergestellt sein. Analog zu den Fign. 1 und 1a findet die Wirkung des Dämpfungselementes 26 dadurch statt, dass es sich an einer Seite an der Spulenrippe 27 abstützt und an der gegenüberliegenden Seite eine Kraft in die mit ihm verbundene Membran 20 einleitet. Das Dämpfungselement 26 ist dabei an der Belüftungsseite des elektropneumatischen Wandlers angebracht, d.h. an der Seite, die mit dem Atmosphärendruckanschluss 12, unmittelbar verbunden ist.

[0028] Gemäß Fign. 2 und 2a ist das Dämpfungselement 26 ebenfalls innerhalb des Hohlraums 22 angeordnet.

[0029] In Fign. 3 und 3a ist ein Dämpfungselement aus Elastomer 26 dargestellt, das innerhalb eines Hohlraums 24 angeordnet ist, der zwischen dem Anker 16 und dem Eisenkern 34 ausgebildet ist.

[0030] Fign 4 und 4a zeigen an der gleichen Stelle ein Dämpfungsselement aus einem Schaumkörper. .

[0031] In einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 5a kann das Dämpfungselement als Dämpfungsmembrane 50 und insbesondere als Elastomerring ausgebildet sein, in der bzw. in dem der Anker 16 gelagert ist. Der Elastomerring weist vorzugsweise Silikon auf. Alternativ bzw. zusätzlich dazu können die Hubbewegungen des Ankers 16 sowie der Ventileinrichtung 18, 28 durch am Gehäuse 32 angebrachte Anschläge 44, 46, 48 gedämpft werden. Diese befinden sich vorzugsweise an der Stelle des Gehäuses 32, auf die sich der Ventilkörper 18 bei einer Bewegung in Richtung der Kraft, die die Membrane 20 ausübt, zubewegt.

[0032] Durch eine genaue Abstimmung der Lage der hubverhindernden bzw. hubmindernden Anschläge 44, 46, 48 sowie durch Abstimmung der Federkraft bzw. der Membrankraft ist es möglich, eine Anregungsbeschleunigung von 20 g zu realisieren. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung einer Dämpfungsmembrane 50 mit einer Dicke zwischen 2 mm und 3 mm, so dass Einschränkungen der Funktionen des elektropneumatischen Wandlers, wie beispielsweise Kennlinie (Neigung und Hysterese) bzw. Dynamik (Groß- und Kleinsignal) minimiert werden können.

[0033] Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch eine dickere Dämpfungsmembrane 50 verwendet werden, die Aussparungen aufweist und dadurch flexibler ausgebildet ist. Zur Aufnahme der Dämpfungsmembrane 50 weist der Ventilkörper 18 eine vorzugsweise ringförmige Nut 52 auf.

[0034] Um einen Durchlass in Richtung des Atmosphärendruckanschlusses 12 zu erlauben, weist der Anschlag 46 eine nutförmige Ausnehmung 54 auf, durch die eine Belüftung stattfinden kann. Die Anschläge 46, 48 können beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein.

[0035] Zur zusätzlichen Dämpfung der Bewegung des Ventilkörpers 18 kann zwischen dem Ventilkörper 18 und dem Gehäuse 32 einen Feder 42 ausgebildet sein. Diese wird erfindungsgemäß in Verbindung mit weiteren Dämpfungselementen 26, 50 verwendet.

[0036] Es kann sowohl ein einzelnes Dämpfungselement, beispielsweise nur auf einer Seite des Ankers oder der Ventileinrichtung, vorgesehen sein oder auch mehrere Dämpfungselemente, die auf einer oder auf mehreren Seiten des Ankers und der Ventileinrichtung angeordnet sind.

Ansprüche

1. Elektropneumatischer Wandler zur Verbindung mit einem Abgasrückführungsventil in einem Kraftfahrzeug, mit
einem Unterdruckanschluss (10) und einem Atmosphärendruckanschluss (12), die durch eine Ventileinrichtung (18,28) mit einer Ventilkammer (11) verbindbar sind, so dass sich in der Ventilkammer (11) ein Mischdruck einstellt, der einem Mischdruckanschluss (14) zugeführt wird, und
einem Anker (16), der fest mit einem an einer Aufhängevorrichtung (20) in axialer Richtung (30) beweglich aufgehängten Ventilkörper (18) einer Ventileinrichtung (18,28) verbunden ist, wobei der Anker (16) durch einen Elektromagneten (17) in axialer Richtung (30) verschiebbar ist,
gekennzeichnet durch
ein Dämpfungselement (26) zur Dämpfung der axialen Bewegung (30) des Ankers (16) und der mit ihm verbundenen Ventileinrichtung (18,28), wobei das Dämpfungselement ein Elastomer oder einen Schaumstoff oder insbesondere Polyurethan, aufweist.

2. Elektropneumatischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (26) zwischen der Ventileinrichtung (18) und einem Gehäuse (32) angeordnet ist.

3. Elektropneumatischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (26) zwischen dem Anker (16) und einem Eisenkern (34) angeordnet ist.

4. Elektropneumatischer Wandler nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (26) als Membran und vorzugsweise als Rollmembran ausgebildet ist.

5. Elektropneumatischer Wandler nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (26) in die Aufhängevorrichtung (20) integriert ist.

6. Elektropneumatischer Wandler nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Ventileinrichtung (18,28) entgegengesetzten Seite des Ankers (16) ein Luftspalt (40) zwischen dem Anker (16) und einer Eisenummantelung (38) des Elektromagneten (17) ausgebildet ist, in dem mindestens ein verstellbarer Eisenkern (34,36) zur Verstellung des Luftspalts (40) angeordnet ist.

7. Elektropneumatischer Wandler nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement als Dämpfungsmembrane (50) in Form eines Elastomerringes, in dem der Anker gelagert ist, ausgebildet ist.

8. Elektropneumatischer Wandler nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (32) hubmindernde Anschläge (44, 46, 48) zur Dämpfung der axialen Bewegung (30) des Ankers (16) sowie der Ventileinrichtung (18, 28) vorgesehen sind.

Claims

1. An electropneumatic converter for connection with an exhaust recirculation valve in a motor vehicle, comprising
a vacuum port (10) and an atmospheric pressure port (12) which are connectable with a valve chamber (11) via a valve device (18, 28), so that a mixed pressure is adjusted in the valve chamber (11) and supplied to a mixed pressure port (14); and
an armature (16) affixed to a valve body (18) of the valve device (18, 28) movable in an axial direction (30), the valve body being connected to a suspension device (20), wherein the armature (16) is displaceable in the axial direction (30) using a solenoid (17),
characterized by
a damping element (26) configured to dampen the axial movement (30) of the armature (16) and the valve device (18, 28) affixed thereto, wherein the damping element includes at least an elastomer or a foam or in particular polyurethane.

2. The electropneumatic converter recited in claim 1, characterized in that the damping element (26) is disposed between the valve means (18) and a housing (32).

3. The electropneumatic converter recited in claim 1, characterized in that the damping element (26) is disposed between the armature (16) and an iron core 34).

4. The electropneumatic converter recited in one of claims 1-3, characterized in that the damping element (26) is configured as a membrane, preferably a rolling membrane.

5. The electropneumatic converter recited in one of claims 1-4, characterized in that the damping element (26) is integrated in the suspension device (20).

6. The electropneumatic converter recited in one of claims 1-5, characterized in that an air gap (40) is formed between the armature (16) and an iron casing (38) of the solenoid (17) on a side of the armature (16) opposite the valve means (18, 28), wherein at least one adjustable iron core (34, 36) is disposed to adjust the air gap (40).

7. The electropneumatic converter recited in one of claims 1-6, characterized in that the damping element is configured as a damping membrane (50) in a form of an elastomer ring supporting the armature.

8. The electropneumatic converter recited in one of claims 1-7, characterized in that the housing (32) is configured with stroke-limiting abutments (44, 46, 48) to dampen the axial movement (30) of the armature (16) and the valve means (18, 28).

Revendications

1. Transducteur électropneumatique destiné à être raccordé à une soupape de recirculation de gaz d'échappement dans un véhicule automobile, comprenant
une connexion de dépression (10) et une connexion de pression atmosphérique (12) aptes à être raccordées à une chambre de soupape (11) par l'intermédiaire d'un dispositif de soupape (18, 28), de sorte qu'une pression mixte se forme dans ladite chambre de soupape (11), qui est fournie à une connexion de pression mixte (14), et
une armature (16) solidaire d'un corps de soupape (18) d'un moyen de soupape (18, 28), ledit corps de soupape étant suspendu par un dispositif de suspension (20) de sorte qu'il est mobile dans la direction axiale (30), ladite armature (16) étant déplaçable dans la direction axiale (30) par un électro-aimant (17),
caractérisé par
un élément amortisseur (26) pour amortir le déplacement axial (30) de ladite armature (16) et du moyen de soupape (18, 28) lié à celle-ci, ledit élément amortisseur comprenant un élastomère ou une mousse synthétique ou, en particulier, de polyuréthane.

2. Transducteur électropneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément amortisseur (26) est disposé entre le moyen de soupape (18) et un boitier (32).

3. Transducteur électropneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément amortisseur (26) est disposé entre ladite armature (16) et un noyau de fer (34).

4. Transducteur électropneumatique selon l'une quelconque des revendications 1-3, caractérisé en ce que ledit élément amortisseur (26) est réalisé comme membrane, de préférence comme membrane déroulante.

5. Transducteur électropneumatique selon l'une quelconque des revendications 1-4, caractérisé en ce que ledit élément amortisseur (26) est intégré dans ledit dispositif de suspension (20).

6. Transducteur électropneumatique selon l'une quelconque des revendications 1-5, caractérisé en ce que, sur le côté de ladite armature opposé au moyen de soupape (18, 28), une lame d'air (40) est formée entre ladite armature (16) et un carter de fer (38) dudit électro-aimant (17), dans laquelle est disposé au moins un noyau de fer (34, 36) ajustable pour ajuster ladite lame d'air (40).

7. Transducteur électropneumatique selon l'une quelconque des revendications 1-6, caractérisé en ce que ledit élément amortisseur est réalisé comme membrane d'amortissement sous forme d'un anneau élastomère dans lequel ladite armature est supportée.

8. Transducteur électropneumatique selon l'une quelconque des revendications 1-7, caractérisé en ce que des butées (44, 46, 48) de limitation de course sont prévues sur ledit boitier (32) pour amortir le déplacement axial (30) de ladite armature (16) et du moyen de soupape (18, 28).

Zeichnung